地基處理之排水固結(jié)法

地基處理之排水固結(jié)法1現(xiàn)在是1頁\一共有42頁\編輯于星期三2現(xiàn)在是2頁\一共有42頁\編輯于星期三3

排水系統(tǒng)由豎向排水體和水平排水體構(gòu)成,主要作用是改變地基的排水邊界條件,縮短排水距離和增加孔隙水排出的途徑。當(dāng)軟土層靠近地表且較薄或土的滲透性好且施工周期較長時,可僅在地面鋪設(shè)一定厚度的砂墊層而不設(shè)豎向排水通道,使土中的孔隙水在荷載作用下向上排至砂墊層而產(chǎn)生固結(jié)沉降。若軟土層較厚時,為加快排水固結(jié),應(yīng)在地基中設(shè)置砂井等豎向排水體,與水平砂墊層一起構(gòu)成排水系統(tǒng)。

現(xiàn)在是3頁\一共有42頁\編輯于星期三4加壓系統(tǒng)是指對地基施加的荷載。排水系統(tǒng)與加壓系統(tǒng)總是聯(lián)合使用的。目前,實(shí)際工程中應(yīng)用較多的排水固結(jié)法有砂井(塑料排水板)加載預(yù)壓和砂井（塑料排水板）真空預(yù)壓。排水固結(jié)一般適用于飽和軟粘土、吹填土、松散粉土、新近沉積土、有機(jī)質(zhì)土及泥炭土地基。應(yīng)用范圍包括路堤、倉庫、罐體、飛機(jī)跑道及輕型建筑物等。

現(xiàn)在是4頁\一共有42頁\編輯于星期三58.2排水固結(jié)的原理

排水固結(jié)法的關(guān)鍵在于排出孔隙水，使孔隙減少及有效應(yīng)力增加，從而產(chǎn)生沉降固結(jié)。根據(jù)固結(jié)理論，粘性土固結(jié)所需時間為式中t為固結(jié)時間，Tv為時間因數(shù)，Cv為固結(jié)系數(shù)，H為排水距離）。固結(jié)時間與排水距離的平方成正比，縮短排水距離可大大縮短固結(jié)時間。在地基中設(shè)置砂墊層及砂井等（見圖8.2-2）的目的就是為了增加排水途徑，縮短排水距離，從而加快軟弱土層的排水固結(jié)?，F(xiàn)在是5頁\一共有42頁\編輯于星期三6排水固結(jié)法的加荷方式既可采用上述的直接堆載法，也可采用真空抽吸、預(yù)壓，降低地下水位及電滲法。真空預(yù)壓法是將不透氣的薄膜設(shè)在需要加固的軟土地基表面的砂墊層上，通過土體中設(shè)置的豎向排水體及埋設(shè)于砂墊層中的濾水管道，將薄膜下土體中的水、氣抽出，從而在土體與砂墊層及砂井等豎向排水體之間形成壓差,發(fā)生滲流,使土中孔隙壓力不斷降低,有效應(yīng)力不斷增加,促使土體固結(jié)沉降?，F(xiàn)在是6頁\一共有42頁\編輯于星期三7現(xiàn)在是7頁\一共有42頁\編輯于星期三8降低地下水位法是利用井點(diǎn)抽水降低地下水位以增加土的有效應(yīng)力，從而達(dá)到加速固結(jié)的目的。降水法最適用于砂性和軟粘土層中存在砂或粉土的情況。電滲法是在土中插入金屬電極并通過以直流電，使土中水分由陽極流向陰極。如將陽極積集的水排除，土體中孔隙水就會減少，有效應(yīng)力增大導(dǎo)致沉降固結(jié)?，F(xiàn)在是8頁\一共有42頁\編輯于星期三98.3排水固結(jié)法設(shè)計計算一、設(shè)計前應(yīng)取得的資料（1）進(jìn)行場地勘察，查明土層在水平和豎直方向的分布和變化、透水層的位置及水源補(bǔ)給條件、地下水深度等。（2）進(jìn)行室內(nèi)土工實(shí)驗，確定土的固結(jié)系數(shù)、孔隙比和固結(jié)壓力關(guān)系、三軸試驗抗剪強(qiáng)度等。（3）進(jìn)行原位十字板剪切試驗，確定各土層十字板抗剪強(qiáng)度?，F(xiàn)在是9頁\一共有42頁\編輯于星期三10二、堆載預(yù)壓法設(shè)計

堆載預(yù)壓法處理地基的設(shè)計應(yīng)包括下列內(nèi)容：(一）選擇塑料排水帶或砂井，確定其斷面尺寸、間距、排列方式和深度；（二）確定預(yù)壓區(qū)范圍、預(yù)壓荷載大小、荷載分級、加載速率和預(yù)壓時間；（三）計算地基土的固結(jié)度、強(qiáng)度增長、抗滑穩(wěn)定性和變形現(xiàn)在是10頁\一共有42頁\編輯于星期三11（一）選擇塑料排水帶或砂井，確定其斷面尺寸、間距、排列方式和深度；（1）排水豎井分普通砂井、袋裝砂井和塑料排水帶。普通砂井直徑可取300~500mm，袋裝砂井直徑可取70~120mm。塑料排水帶的當(dāng)量換算直徑可按下式計算：式中dp———塑料排水帶當(dāng)量換算直徑（mm）；b———塑料排水帶寬度（mm）；δ———塑料排水帶厚度（mm）?，F(xiàn)在是11頁\一共有42頁\編輯于星期三12（2）排水豎井的平面布置可采用等邊三角形或正方形排列。豎井的有效排水直徑

de與間距L的關(guān)系為：等邊三角形排列 de=105L

正方形排列 de=113L（3）排水豎井的間距可根據(jù)地基土的固結(jié)特性和預(yù)定時間內(nèi)所要求達(dá)到的固結(jié)度確定。設(shè)計時，豎井的間距可按井徑比n選用（n=de/dw，dw為豎井直徑，對塑料排水帶可取dw=dp）。塑料排水帶或袋裝砂井的間距可按n=15~22選用，普通砂井的間距可按

n=6~8選用?，F(xiàn)在是12頁\一共有42頁\編輯于星期三13（4）排水豎井的深度應(yīng)根據(jù)建筑物對地基的穩(wěn)定性、變形要求和工期確定。(A)對以地基抗滑穩(wěn)定性控制的工程，豎井深度至少應(yīng)超過最危險滑動面2.0m。(B)對以變形控制的建筑，豎井深度應(yīng)根據(jù)在限定的預(yù)壓時間內(nèi)需完成的變形量確定。豎井宜穿透受壓土層。現(xiàn)在是13頁\一共有42頁\編輯于星期三14（二）確定預(yù)壓區(qū)范圍、預(yù)壓荷載大小、荷載分級、加載速率和預(yù)壓時間；(1)預(yù)壓荷載大小應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求確定。對于沉降有嚴(yán)格限制的建筑，應(yīng)采用超載預(yù)壓法處理，超載量大小應(yīng)根據(jù)預(yù)壓時間內(nèi)要求完成的變形量通過計算確定，并宜使預(yù)壓荷載下受壓土層各點(diǎn)的有效豎向應(yīng)力大于建筑物荷載引起的相應(yīng)點(diǎn)的附加應(yīng)力。(2)預(yù)壓荷載頂面的范圍應(yīng)等于或大于建筑物基礎(chǔ)外緣所包圍的范圍?，F(xiàn)在是14頁\一共有42頁\編輯于星期三15(3)加載速率應(yīng)根據(jù)地基土的強(qiáng)度確定。當(dāng)天然地基土的強(qiáng)度滿足預(yù)壓荷載下地基的穩(wěn)定性要求時，可一次性加載，否則應(yīng)分級逐漸加載，待前期預(yù)壓荷載下地基土的強(qiáng)度增長滿足下一級荷載下地基的穩(wěn)定性要求時方可加載?，F(xiàn)在是15頁\一共有42頁\編輯于星期三16（三）計算地基土的固結(jié)度、強(qiáng)度增長、抗滑穩(wěn)定性和變形(1)一級或多級等速加載條件下，當(dāng)固結(jié)時間為t時，對應(yīng)總荷載的地基平均固結(jié)度可按下式計算：式中—t時間地基的平均固結(jié)度；qi———第i級荷載的加載速率（kPa/d）；∑⊿p———各級荷載的累加值（kPa）；Ti-1，Ti———分別為第i級荷載加載的起始和終止時間（從零點(diǎn)起算）（d），當(dāng)計算第i級荷載加載過程中某時間t的固結(jié)度時，Ti改為t；α、β———參數(shù)，根據(jù)地基土排水固結(jié)條件按表527采用。對豎井地基，表中所列β為不考慮涂抹和井阻影響的參數(shù)值?，F(xiàn)在是16頁\一共有42頁\編輯于星期三17現(xiàn)在是17頁\一共有42頁\編輯于星期三18(2)當(dāng)排水豎井采用擠土方式施工時，應(yīng)考慮涂抹對土體固結(jié)的影響。當(dāng)豎井的縱向通水量qw與天然土層水平向滲透系數(shù)

kh的比值較小，且長度又較長時，尚應(yīng)考慮井阻影響。(3)對排水豎井未穿透受壓土層之地基，應(yīng)分別計算豎井范圍土層的平均固結(jié)度和豎井底面以下受壓土層的平均固結(jié)度，通過預(yù)壓使該兩部分固結(jié)度和所完成的變形量滿足設(shè)計要求。現(xiàn)在是18頁\一共有42頁\編輯于星期三19(4)預(yù)壓荷載大小應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求確定。對于沉降有嚴(yán)格限制的建筑，應(yīng)采用超載預(yù)壓法處理，超載量大小應(yīng)根據(jù)預(yù)壓時間內(nèi)要求完成的變形量通過計算確定，并宜使預(yù)壓荷載下受壓土層各點(diǎn)的有效豎向應(yīng)力大于建筑物荷載引起的相應(yīng)點(diǎn)的附加應(yīng)力。預(yù)壓荷載頂面的范圍應(yīng)等于或大于建筑物基礎(chǔ)外緣所包圍的范圍?，F(xiàn)在是19頁\一共有42頁\編輯于星期三20(5)加載速率應(yīng)根據(jù)地基土的強(qiáng)度確定。當(dāng)天然地基土的強(qiáng)度滿足預(yù)壓荷載下地基的穩(wěn)定性要求時，可一次性加載，否則應(yīng)分級逐漸加載，待前期預(yù)壓荷載下地基土的強(qiáng)度增長滿足下一級荷載下地基的穩(wěn)定性要求時方可加載。現(xiàn)在是20頁\一共有42頁\編輯于星期三21(6)計算預(yù)壓荷載下飽和粘性土地基中某點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度時，應(yīng)考慮土體原來的固結(jié)狀態(tài)。對正常固結(jié)飽和粘性土地基，某點(diǎn)某一時間的抗剪強(qiáng)度可按下式計算：τft=τf0+⊿σz·Uttancu

式中τft—t時刻，該點(diǎn)土的抗剪強(qiáng)度（kPa）；τf0—地基土的天然抗剪強(qiáng)度（kPa）；⊿σz—預(yù)壓荷載引起的該點(diǎn)的附加豎向應(yīng)力（kPa）；Ut—該點(diǎn)土的固結(jié)度；cu—三軸固結(jié)不排水壓縮試驗求得的土的內(nèi)摩擦角（

0）；現(xiàn)在是21頁\一共有42頁\編輯于星期三22(7)預(yù)壓荷載下地基的最終豎向變形量可按下式計算：式中sf———最終豎向變形量（m）；e0i———第i層中點(diǎn)土自重應(yīng)力所對應(yīng)的孔隙比，由室內(nèi)固結(jié)試驗e-p曲線查得；e1i———第i層中點(diǎn)土自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和所對應(yīng)的孔隙比，由室內(nèi)固結(jié)試驗e-p曲線查得；hi———第i層土層厚度（m）；ξ—經(jīng)驗系數(shù)數(shù)，對正常固結(jié)飽和粘性土地基可取ξ=1.1~1.4。荷載較大、地基土較軟弱時取較大值，否則取較小值。變形計算時，可取附加應(yīng)力與土自重應(yīng)力的比值為01的深度作為受壓層的計算深度。現(xiàn)在是22頁\一共有42頁\編輯于星期三23(8)預(yù)壓法處理地基必須在地表鋪設(shè)與排水豎井相連的砂墊層，砂墊層厚度不應(yīng)小于500mm。砂墊層砂料宜用中粗砂，粘粒含量不宜大于3%，砂料中可混有少量粒徑小于50mm的礫石。砂墊層的干密度應(yīng)大于15g/cm3，其滲透系數(shù)宜大于110-2cm/s。在預(yù)壓區(qū)邊緣應(yīng)設(shè)置排水溝，在預(yù)壓區(qū)內(nèi)宜設(shè)置與砂墊層相連的排水盲溝?，F(xiàn)在是23頁\一共有42頁\編輯于星期三24三、真空預(yù)壓法設(shè)計

真空預(yù)壓法處理地基必須設(shè)置排水豎井。設(shè)計內(nèi)容包括：（一）豎井?dāng)嗝娉叽?、間距、排列方式和深度的選擇；（二）預(yù)壓區(qū)面積和分塊大小；真空預(yù)壓工藝；（三）要求達(dá)到的真空度和土層的固結(jié)度；（四）真空預(yù)壓和建筑物荷載下地基的變形計算；（五）真空預(yù)壓后地基土的強(qiáng)度增長計算等?，F(xiàn)在是24頁\一共有42頁\編輯于星期三25設(shè)計要點(diǎn)：（1）排水豎井的間距可按堆載法選用。（2）砂井的砂料應(yīng)選用中粗砂，其滲透系數(shù)應(yīng)大于1×10-2cm/s。（3）真空預(yù)壓區(qū)邊緣應(yīng)大于建筑物基礎(chǔ)輪廓線，每邊增加量不得小于30m。每塊預(yù)壓面積宜盡可能大且呈方形。（4）真空預(yù)壓的膜下真空度應(yīng)穩(wěn)定地保持在650mmHg以上，且應(yīng)均勻分布，豎井深度范圍內(nèi)土層的平均固結(jié)度應(yīng)大于90%?，F(xiàn)在是25頁\一共有42頁\編輯于星期三26（5）當(dāng)建筑物的荷載超過真空預(yù)壓的壓力，且建筑物對地基變形有嚴(yán)格要求時，可采用真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法，其總壓力宜超過建筑物的荷載。（6）對于表層存在良好的透氣層或在處理范圍內(nèi)有充足水源補(bǔ)給的透水層時，應(yīng)采取有效措施隔斷透氣層或透水層。（7）真空預(yù)壓地基最終豎向變形同前，其中ξ

可取0.8~0.9。真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法以真空預(yù)壓為主時，ξ

可取0.9。（8）真空預(yù)壓所需抽真空設(shè)備的數(shù)量，可按加固面積的大小和形狀、土層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以一套設(shè)備可抽真空的面積為1000~1500m2確定?，F(xiàn)在是26頁\一共有42頁\編輯于星期三271、加載預(yù)壓的計算步驟由于軟粘土地基抗剪強(qiáng)度低，不能快速加載，必須分級施加，待上一級荷載作用下地基強(qiáng)度可隨下一級荷載時，才能施加下一級荷載。在進(jìn)行具體計算時，可先擬定一個初步加載計劃，然后校核這一加荷計劃下地基的穩(wěn)定性和沉降。（1）利用天然地基土的抗剪強(qiáng)度，計算第一級容許施加的荷載p1。一般可采用以下幾個公式估算：現(xiàn)在是27頁\一共有42頁\編輯于星期三28①斯開普頓極限荷載半經(jīng)驗公式：式中：k—安全系數(shù)，取1.1~1.5；Cu—天然地基土的不排水抗剪強(qiáng)度(kPa)；d—基礎(chǔ)埋置深度(m)；A、B——分別為基礎(chǔ)的長邊和短邊(m)；r—基底標(biāo)高以上土的重度kN/m3?，F(xiàn)在是28頁\一共有42頁\編輯于星期三29②對飽和軟粘土，可采用下式：

③對長條形填土，可采用Fellenius公式：（2）計算第一級荷載作用下地基強(qiáng)度增長值；現(xiàn)在是29頁\一共有42頁\編輯于星期三30式中：τf1——p1作用下，經(jīng)過一段時間，地基中某點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度；τf0——地基土的天然抗剪強(qiáng)度，由十字板剪切試驗測定；?τfc——該點(diǎn)由于固結(jié)而增長的強(qiáng)度，通常取固結(jié)度為70%；η——土體由于剪切蠕動而引起強(qiáng)度衰減的折減系數(shù)，可取0.75~0.9,剪切力大取低值，反之取高值?，F(xiàn)在是30頁\一共有42頁\編輯于星期三31（3）計算p1作用下達(dá)到設(shè)計要求的固結(jié)度所需時間。達(dá)到某一固結(jié)度所需要的時間可根據(jù)固結(jié)度與時間的關(guān)系求得（見本節(jié)有關(guān)部分），時間求出來后，就可確定第二級荷載開始施加的時間。現(xiàn)在是31頁\一共有42頁\編輯于星期三32現(xiàn)在是32頁\一共有42頁\編輯于星期三33現(xiàn)在是33頁\一共有42頁\編輯于星期三34現(xiàn)在是34頁\一共有42頁\編輯于星期三35現(xiàn)在是35頁\一共有42頁\編輯于星期三36現(xiàn)在是36頁\一共有42頁\編輯于星期三37現(xiàn)在是37頁\一共有42頁\編輯于星期三38現(xiàn)在是38頁\一共有42頁\編輯于星期三39本章重點(diǎn)：

一、簡述排水固結(jié)